Karakterisasi Elemen Peltier TEC-12706 untuk Konversi Energi Termal Menjadi Energi Listrik

1

KARAKTERISASI ELEMEN PELTIER TEC-12706
UNTUK KONVERSI ENERGI TERMAL MENJADI ENERGI LISTRIK

SKRIPSI

Diajukan Oleh :
BAGINDA HELBIN
100801046

DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2015

Universitas Sumatera Utara

2


KARAKTERISASI ELEMEN PELTIER TEC-12706
UNTUK KONVERSI ENERGI TERMAL MENJADI ENERGI LISTRIK

SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar
Sarjana Sains

Diajukan Oleh :
BAGINDA HELBIN
100801046

DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2015

Universitas Sumatera Utara

i


PERSETUJUAN

Judul

Kategori
Nama
Nomor Induk Mahasiswa
Program Studi
Departemen
Fakultas

: KARAKTERISASI ELEMEN PELTIER
TEC-12706 UNTUK KONVERSI ENERGI
TERMAL MENJADILISTRIK
: SKRIPSI
: BAGINDA HELBIN
: 100801046
: SARJANA (S1) FISIKA
: FISIKA

: MATEMATIKA DAN ILMU
PENGETAHUAN ALAM (FMIPA) USU

Disetujui di :
Medan, Februari 2016

Komisi Pembimbing :
Pembimbing 2,

Drs. Kurnia Brahmana, M.Si
NIP: 196009301986011001

Pembimbing 1,

Drs. Takdir Tamba, M.Eng.Sc
NIP: 196006031986011002

Disetujui oleh
Departemen Fisika FMIPA USU
Ketua,


Dr. Marhaposan Situmorang
NIP. 195510301980031003

Universitas Sumatera Utara

ii

PERNYATAAN

KARAKTERISASI ELEMEN PELTIER TEC-12706
UNTUK KONVERSI ENERGI TERMAL MENJADI ENERGI LISTRIK

SKRIPSI

Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil karya sendiri. Kecuali beberapa
kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sebelumnya.

Medan, Februari 2016


BAGINDA H
100801046

Universitas Sumatera Utara

iii

UCAPAN TERIMA KASIH

Pertama-tama penulis mengucapkan puji dan syukur kepada Tuhan Yang
MahaKuasa atas selesainya skripsi ini. Penulis menyadari bahwadalam
penyusunan skripsi ini penulis mendapat banyak bimbingan, arahan, motivasi,
semangat maupun saran dari berbagai pihak, sehingga setiap kesulitan yang
dihadapi penulis dapat terselesaikan.
Pada kesempatan ini dengan ketulusan hati penulis mengucapkan terima
kasih kepada :
1.

Orang tua penulis tercinta yang telah merawat dan mendidik penulis dan juga
selalu memberikan doa dan dukungan dari segi moril maupun materil, serta

memberikan perhatian dan kasih sayang kepada penulis.

2.

Bapak Dr. Marhaposan Situmorang., selaku Ketua Departemen Fisika
Universitas Sumatera Utara.

3.

Bapak Drs. Takdir Tamba, M.Eng.Sc., selaku Dosen Pembimbing I dan
Bapak Drs. Kurnia Brahmana, MS., selaku Dosen Pembimbing II yang tiada
henti membimbing, dan memotivasi penulis dalam penulisan tugas akhir ini
hingga akhirnya dapat selesai.

4.

Bapak Tuaraja Simbolon, S.Si, M.Si., selaku dosen wali yang selalu
memberikan arahan dan nasihat-nasihatselama perkuliahan hingga akhirnya
penulis dapat mencapai tahap penulisan tugas akhir.


5.

Kepada Dosen-dosen FISIKA USU yang tidak dapat disebutkan satu per satu
namanya, yang telah mendidik penulis.

6.

Kepada Keluarga besar Sitorus dan Napitupulu, yang telah memberikan doa
dan dukungan kepada penulis dalam penyelesaian skripsi ini.

7.

Adik-adik penulis, Bilian dan Aurora juga kepada sepupu penulis, Jernih,
Naomi, Lady, dan Rahel yang telah memberikan semangat yang luar biasa
kepada penulis.

8.

Teman-teman stambuk 2010 “Physics Inside” yang selama ini berjuang
bersama-sama dalam perkuliahan di Departemen Fisika USU.


Universitas Sumatera Utara

iv

9.

Adik-adik “Physics Glory” terutama Kristin, Samuel, Kristian yang telah
membantu selama penulisan tugas akhir ini dan memberikan dukungan
kepada penulis.

10. Kepada teman-teman penulis yang namanya tidak dapat disebutkan satu per
satu, terima kasih buat dukungan yang diberikan dalam penulisan skripsi ini.

Hormat Penulis,

Baginda H

Universitas Sumatera Utara


v

KARAKTERISASI ELEMEN PELTIER TEC-12706
UNTUK KONVERSI ENERGI TERMAL MENJADI ENERGI
LISTRIK

ABSTRAK

Telah dilakukan pengujian untuk menentukan karakteristik elemen
Peltier TEC-12706 dalam penggunaannya sebagai termoelektrik generator dengan
sistem kerja berdasarkan efek Seebeck. Dengan mempertahankan temperatur pada
sisi dingin elemen Peltier dan memfariasikan temperatur pada sisi panas, dengan
menggunakan termokopel untuk mengukur nilai temperatur pada kedua sisi dan
dengan menggunakan sensor arus ACS-712 untuk mengukur nilai keluaran arus,
dan sensor tegangan untuk melihat nilai tegangannya. Dengan demikian kita dapat
melihat seberapa besar nilai daya maksimum yang mampu dihasilkan oleh elemen
Peltier TEC-12706. Dalam perannya sebagai TEG (Termoelektrik Generator).
Kata kunci : TEG (Termoelektrik Generator), Elemen Peltier,
Karakteristik Elemen Peltier


Universitas Sumatera Utara

vi

KONVERSI ENERGI TERMAL MENJADI ENERGI LISTRIK
MEMANFAATKAN ELEMEN PELTIER TEC-12706

ABSTRACT

Research have been done for characterise Peltier element TEC - 12706
in its usage as a thermoelectric generator with a function system based on the
Seebeck effect. By maintaining the temperature on the cool side of the Peltier
element and temperature variation on the hot side, using a thermocouple to
measure the temperature value on both sides and using the ACS - 712 current
sensor to measure the value of output current and voltage sensors to see the value
of the voltage. Thus we can see how much the value of the maximum power that
can be produced by a Peltier element TEC - 12706. In his role as TEG (
Thermoelectric Generator ) .

Keywords : TEG (Termoelectric Generator), Peltier Element,

Characterization Peltier Element

Universitas Sumatera Utara

vii

DAFTAR ISI

Persetujuan
Pernyataan
Penghargaan
Abstrak
Abstract
Daftar isi
Daftar tabel
Daftar gambar
Daftar lampiran

Halaman
i
ii
iii
v
vi
vii
ix
x
xi

Bab 1. Pendahuluan
1.1 Latar Belakang
1.2 Rumusan Masalah
1.3 Tujuan
1.4 Batasan Masalah
1.5 Manfaat penelitian
1.6 Sistematika penulisan

1
3
3
3
3
3

Bab 2. Tinjauan Pustaka
2.1 Termoelektrik
2.2 Efek termoelektrik
2.2.1 Efek Seebeck
2.2.2 Efek Peltier
2.3 Modul termoelektrik
2.3.1 Pendingin termoelektrik
2.3.2 Termoelektrik Generator
2.4 Sensor
2.4.1 Sensor termal
2.4.2 Sensor arus
2.4.3 Sensor tegangan
2.5 MAX-6675
2.6 MAX-232 dan RS-232
2.7 Mikrokontrol
2.8 Heatsink

5
9
10
14
15
18
20
22
24
26
28
29
30
32
34

Bab 3. Perancangan alat
3.1 Diagram blok
3.2 Rangkaian alat
3.2.1 Rangkaian Sensor arus (ACS-712)
3.2.2 Rangkaian Sensor tegangan

39
40
40
41

Universitas Sumatera Utara

viii

3.2.3 Rangkaian MAX-232
3.2.4 Rangkaian MAX-6675
3.2.5 Rangkaian Mikrokontrol
3.3 Diagram alir penelitian

42
43
45
46

Bab 4. Hasil dan Pembahasan
4.1 Pengujian alat
4.2 Variasi pengujian
4.2.1 pengujian alat tanpa pemberian beban
4.2.2 pengujian alat dengan beban sebesar 10Ω

47
47
47
66

Bab 5. Kesimpulan dan Saran
5.1 Kesimpulan
5.2 Saran

84
84

DAFTAR PUSTAKA

85

LAMPIRAN

86

Universitas Sumatera Utara

ix

DAFTAR TABEL

Nomor
Tabel

Judul

Halaman

2.1

Interface RS-232

32

4.1

Data pengujian tanpa beban pengujian I

47

4.2

Data pengujian tanpa beban pengujian II

49

4.3

Data pengujian tanpa beban pengujian III

51

4.4

Data pengujian tanpa beban pengujian IV

53

4.5

Data pengujian tanpa beban pengujian V

55

4.6

Data pengujian tanpa beban pengujian VI

57

4.7

Data pengujian tanpa beban pengujian VII

59

4.8

Data pengujian tanpa beban pengujian VIII

61

4.9

Data rata-rata pengujian tanpa beban

63

4.10

Data pengukuran tegangan dan arus pengujian I

65

4.11

Data pengukuran tegangan dan arus pengujian II

67

4.12

Data pengukuran tegangan dan arus pengujian III

69

4.13

Data pengukuran tegangan dan arus pengujian IV

71

4.14

Data pengukuran tegangan dan arus pengujian V

73

4.15

Data pengukuran tegangan dan arus pengujian VI

75

4.16

Data pengukuran tegangan dan arus pengujian VII

77

4.17

Data pengukuran tegangan dan arus pengujian VIII

79

4.18

Data rata-rata pengukuran tegangan dan arus

81

Universitas Sumatera Utara

x

DAFTAR GAMBAR

Nomor
Gambar
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
2.9
2.10
2.11
2.12
2.13
2.14
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
4.7
4.8
4.9
4.10
4.11
4.12
4.13
4.14
4.15
4.16
4.17
4.18

Judul

Halaman

Efek Seebeck
Efek Peltier
Efek Seebeck
Efek Peltier
Contoh modul termoelektrik
Pendingin termoelektrik
Termoelektrik generator
Termokopel
Sensor arus IC ACS-712
Diagram dari ACS-712
Sensor tegangan digital
rangkaian pembagi tegangan sebagai sensor tegangan
analog
IC MAX-232
Heatsink
Diagram blok kerja alat
Rangkaian Sensor Arus
Rangkaian Pembagi tegangan (sensor tegangan)
Rangkaian MAX-232
Rangkaian Standar MAX-6675
Rangkaian ATMEGA-8535
Diagram Alir sistem kerja alat
Grafik ΔT vs V pengujian I
Grafik ΔT vs V pengujian II
Grafik ΔT vs V pengujian III
Grafik ΔT vs V pengujian IV
Grafik ΔT vs V pengujian V
Grafik ΔT vs V pengujian VI
Grafik ΔT vs V pengujian VII
Grafik ΔT vs V pengujian VIII
Grafik ΔT vs V rata-rata
Grafik data pengukuran tegangan dan arus pengujian I
Grafik data pengukuran tegangan dan arus pengujian II
Grafik data pengukuran tegangan dan arus pengujian III
Grafik data pengukuran tegangan dan arus pengujian IV
Grafik data pengukuran tegangan dan arus pengujian V
Grafik data pengukuran tegangan dan arus pengujian VI
Grafik data pengukuran tegangan dan arus pengujian VII
Grafik data pengukuran tegangan dan arus pengujian VIII
Grafik data rata-rata pengukuran tegangan dan arus

6
7
11
15
16
19
21
26
27
27
28
29
31
37
39
41
42
43
44
45
46
49
51
53
55
57
59
61
63
65
67
69
71
73
75
77
79
81
83

Universitas Sumatera Utara

xi

DAFTAR LAMPIRAN

Nomor
Lampiran
1
2
3
4
5

Judul

halaman

Pemasangan dan pengujian alat
Program pada alat
Program tampil pada visual basic
Rangkaian utuh alat
Data sheet tec-12706 sebagai thermoelectric generator

86
90
99
102
103

Universitas Sumatera Utara